Bác Sĩ Của Bạn

Chương 1

Mở đầu

1.1. Định nghĩa enzyme

Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá tr.nh trao đổi

chất. Sự trao đổi chất ngừng th. sự sống không c.n tồn tại. Quá tr.nh trao

đổi của một chất là tập hợp các quy luật của rất nhiều các phản ứng hóa

học khác nhau. Các phản ứng hóa học phức tạp này có liên quan chặt chẽ

với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là các hợp chất protein xúc tác

cho các phản ứng hóa học đó. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các

phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một

chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.

Chúng có trong hầu hết các loại tế bào của cơ thể sống. Chính do

những tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên enzyme c.n được gọi

là các chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với các

chất xúc tác hóa học.

Enzyme học là khoa học nghiên cứu những chất xúc tác sinh học có

bản chất protein. Hay nói cách khác, enzyme học là khoa học nghiên cứu

những tính chất chung, điều kiện, cơ chế tác dụng và tính đặc hiệu của các

enzyme.

1.2. Lược sử nghiên cứu enzyme

Do enzyme học được coi như cột sống của hóa sinh học nên phần

lớn các nghiên cứu hóa sinh từ trước đến nay đều liên quan nhiều đến enzyme.

Về sự phát triển của học thuyết enzyme, có thể chia thành 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: trước thế kỷ thứ XVII

- Giai đoạn 2: từ thế kỷ XVII đến nửa đầu thế kỷ XIX

- Giai đoạn 3: từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX

- Giai đoạn 4: từ những năm 30 của thế kỷ XX đến nay.

1.2.1. Giai đoạn 1

Trước thế kỷ XVII người ta đ. biết sử dụng các quá tr.nh enzyme

trong đời sống song chỉ có tính chất kinh nghiệm thực tế và thông qua hoạt

động của vi sinh vật. Đó là các quá tr.nh lên men rượu, muối dưa, làm

tương và nước chấm... Ở thời kỳ này người ta chưa hiểu về bản chất

enzyme và các quá tr.nh lên men.

1.2.2. Giai đoạn 2

Ở giai đoạn này các nhà bác học đ. tiến hành t.m hiểu bản chất của

các quá tr.nh lên men. Thời kỳ này đ. khái quát hiện tượng lên men như là

hiện tượng phổ biến trong sự sống và enzyme là yếu tố gây nên sự chuyển

hóa các chất trong quá tr.nh lên men.

Vào những năm 1600 của thế kỷ XVII, Van Helmont là người đầu

tiên cố gắng đi sâu t.m hiểu bản chất của quá tr.nh lên men. Van Helmont

đ. nhận thấy thực chất của sự tiêu hóa là sự chuyển hóa hóa học của thức

ăn và giải thích cơ chế của nó với sự so sánh nó với quá tr.nh lên men

rượu. Danh từ ferment (từ chữ Latinh fermentatio - sự lên men) được Van

Helmont dùng để chỉ tác nhân gây ra sự chuyển biến các chất trong quá

tr.nh lên men rượu.

Vào nửa cuối thế kỷ thứ XVIII, nhà tự nhiên học người Pháp là

Réaumur cũng đ. nghiên cứu bản chất của sự tiêu hóa. Nhà tự nhiên học

này đ. cho chim quạ đen nuốt những miếng thịt đặt sẵn trong ống kim loại

có thành đ. được đục sẵn và buộc vào dây thép. Sau vài giờ đ. không thấy

g. ở trong ống. Hiện tượng này đ. thúc đẩy sự nghiên cứu thành phần dịch

tiêu hóa để t.m hiểu khả năng tiêu hóa của dịch dạ dày. Sau thí nghiệm

này một thời gian, vào năm 1783, nhà bác học người . là Spalanzani đ.

lặp lại thí nghiệm bằng cách lấy dịch dạ dày trộn với thịt mới và thấy có

hiện tượng h.a tan xảy ra.

Vào đầu thế kỷ XIX, các nhà nghiên cứu đ. tách được các chất gây

ra quá tr.nh lên men. Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đ. phát

hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành

đường ở nhiệt độ thường. Đây là công tr.nh đầu tiên thu được chế phẩm

amylase ở dạng dung dịch và lịch sử enzyme học thực sự được xem như bắt

đầu từ đây.

Mười chín năm sau (năm 1833), hai nhà khoa học người Pháp là

Payen và Pessoz đ. chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành

đường có thể tách được ở dạng bột. Thí nghiệm được tiến hành bằng cách

cho etanol vào dịch chiết của lúa đại mạch nảy mầm th. thấy xuất hiện kết

tủa. Kết tủa được h.nh thành này có khả năng chuyển hóa tinh bột và nếu

đun kết tủa này sẽ mất tác dụng chuyển hóa. Danh từ diastase (từ chữ

Latinh diastasis - phân cắt) là do Payen và Persoz dùng để gọi enzyme

amylase lúc bấy giờ.

Tiếp đó người ta cũng đ. t.m ra và tách được nhiều enzyme khác

như enzyme phân giải protein của dịch tiêu hóa trong dạ dày như Pepsin

(Emberle và Shwan) - những nhà khoa học người Đức, năm 1836)...

Sau đó, l. thuyết xúc tác đ. ra đời. Năm 1835, nhà khoa học

Berzelius có quan điểm cho rằng tăng tốc độ phản ứng là hiện tượng xúc

tác. Đây là một quan điểm đúng. Song thật đáng tiếc là nhà khoa học này

đ. coi các chất xúc tác này hoạt động được là do " lực sống" không theo

sự điều khiển của con người. Đây là quan điểm duy tâm, siêu h.nh đ. làm

tr. trệ sự phát triển của khoa học nhất là ảnh hưởng sâu sắc đến sưh phát

triển của ngành enzyme học.

1.2.3. Giai đoạn 3

Giai đoạn từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX. Ở

giai đoạn này một số lượng rất lớn các enzyme ở dạng h.a tan đ.

được tách chiết.

Trong thời kỳ này, có hai trường phái đấu tranh với nhau: đó là

trường phái Pasteur - nhà bác học vĩ đại người Pháp và trường phái Liebig

- nhà bác học nổi tiếng người Đức.

* Trường phái Pasteur:

Năm 1856 Pasteur đ. đề cập đến bản chất của quá tr.nh lên men.

Ông cho rằng không thể tách các enzyme khỏi tế bào. Tác dụng và tính

chất của enzyme gắn liền với sự sống của tế bào và quá tr.nh lên men rượu

là kết quả hoạt động sống của tế bào nấm men chứ không phải là kết quả

của tác dụng của enzyme. Ông đ. tiến hành thí nghiệm và nhận thấy nếu

một dung dịch hữu cơ, ví dụ dung dịch glucose để trong b.nh đ. khử trùng

th. không xảy ra quá tr.nh lên men rượu. Chính v. suy nghĩ ấy, Pasteur đ.

chia các enzyme thành 2 loại: "enzyme có tổ chức" và "enzyme không có

tổ chức".

Theo ông, các "enzyme có tổ chức" là những enzyme không thể tách

khỏi tế bào, khi tách chúng sẽ bị mất tác dụng xúc tác như các enzyme của

các tế bào nấm men thực hiện quá tr.nh lên men rượu; c.n các "enzyme

không có tổ chức" là các enzyme có thể thực hiện tính xúc tác của nó

ngoài cơ thể như các enzyme có trong dịch tiêu hóa (ví dụ Pepsin ở trong

dạ dày, amylase ở trong tuyến nước bọt, trong mầm thóc...)

Quan điểm sai lầm này của Pasteur đ. thống trị ngành enzyme học

trong một thời gian dài. Năm 1878 Kuhne đ. đề nghị dùng danh từ

"ferment" (từ tiếng Latinh: fermentatio = lên men) để gọi các "enzyme cớ

tổ chức" và đ. gọi các chất chiết có tác dụng xúc tác cho phản ứng hóa

học là các enzyme (từ chữ Hy Lạp: en = bên trong, zyme = men rượu, tức

là "ở trong nấm men" để gọi các enzyme "không có tổ chức". Danh từ

enzyme được xuất phát từ đây.

* Trường phái Liebig:

Chống lại quan điểm trên của Pasteur, Liebig (trước đó có cả

Berzelius) cho rằng có thể không có hoạt động của các tế bào vi sinh vật

cũng có quá tr.nh lên men. Điều đó có nghĩa là ông coi enzyme như là một

chất hóa học gây nên hiệu quả tương tự như các chất xúc tác, tác dụng cả ở

trong và ngoài tế bào, không phụ thuộc vào hoạt động sống cúa vi sinh vật.

Nhưng năm 1871 Liebig thất bại v. thực nghiệm không chứng minh

được quan điểm trên của m.nh . Các thí nghiệm được tiến hành bằng cách

lấy dịch chiết từ tế bào nấm men đ. nghiền nát đều không có tác dụng gây

lên men rượu. Cũng vào năm1871 Manatxein là một bác sĩ người Nga đ.

dùng cát thạch anh nghiền các tế bào nấm men và thu được dịch chiết

không chứa tế bào có khả năng biến đổi đường thành rượu. Nhưng những

quan sát này đ. không được ai chú . tới. Chính v. vậy, quan điểm siêu

h.nh của Pasteur đ. hạn chế khá nhiều sự phát triển của ngành enzyme

học. Đến năm 1897, H. Büchner - một nhà khoa học người Đức đ. nhận

được dịch chiết nấm men bằng cách phân huỷ tế bào hoàn thiện hơn.

Trong thí nghiệm này, các tế bào nấm men được nghiền nát hoàn toàn

cùng với bột thủy tinh, sau đó được ép bằng áp suất cao. Dịch chiết thu

được không chứa tế bào vẫn có khả năng gây ra quá tr.nh lên men (chuyển

hóa glucose thành rượu). Điều đó chứng tỏ quá tr.nh lên men rượu không

phải là kết quả của hoạt động sống của tế bào nấm men mà là kết quả tác

dụng của các enzyme vốn có trong các tế bào. Do đó, quan điểm sai lầm

về enzỵme "có tổ chức" và enzyme "không có tổ chức" mà thực chất là về

bản chất của enzyme đến lúc này mới hoàn toàn bị đánh đổ, mở ra một

thời kỳ phát triển mới của ngành enzyme học. Cũng từ đó đ. không có sự

phân biệt về nội dung giữa thuật ngữ "ferment" và "enzyme". Có thể nói

rằng, công tr.nh của Büchner đ. đánh dấu một bước ngoặt quan trọng

trong lịch sử phát triển của enzyme học. Sau đó, nhiều loại enzyme trong

cơ thể sống đ. được t.m ra. V. vậy việc phân loại và gọi tên các enzyme

một cách thống nhất càng cần thiết. Năm 1883, Duyclo, nhà bác học Pháp

đ. đề ra nguyên tắc phân loại enzyme theo cơ chất (substrate) do chúng

biến đổi và thêm đuôi tận cùng "ase" vào. Ví dụ enzyme phân giải tinh bột

(amilun) là amylase. Tuy vậy, trong thực tế c.n tồn tại nhiều ngoại lệ về

thuật ngữ, ví dụ những tên gọi enzyme pepsin, trypsin, catalase trước đây

vẫn được dùng.

Ở thời kỳ này, dựa vào thành tựu của hóa học, đặc biệt là hóa l. và

hóa keo, các nhà khoa học đ. hướng vào việc nghiên cứu các tính chất hóa

và l. học của enzyme cũng như hoàn thiện các phương pháp làm thuần

khiết enzyme.

Giai đoạn quan trọng nhất trong thời kỳ này là các công tr.nh của

nhà bác học vĩ đại người Đức E. Fisher. Ông đ. đặt nền móng cho những

khái niệm hiện đại về tính đặc hiệu của enzyme, về sự tương tác không

gian giữa enzyme và cơ chất. Giả thuyết nổi tiếng của ông là giữa enzyme

và cơ chất kết hợp với nhau như "ổ khóa với ch.a khóa". Rồi những

nghiên cứu của Bach và Palladin về các enzyme ôxy hóa khử đ. tạo nên

cơ sở cho việc xây dựng học thuyết ôxy hóa khử sinh học. Trong thời gian

này người ta cũng đ. phát hiện ra được tính tác dụng thuận nghịch của

enzyme (Đanilepski, 1894), các coenzyme cũng đ. được phát hiện

(Harden và Young, 1906). Họ là những người đ. khám phá ra rằng, dịch

chiết tế bào nấm men chứa hai loại chất cần thiết cho quá tr.nh lên men là

"zymase" và "cozymase". Họ nhận thấy dịch chiết tế bào nấm men mất

hoạt tính xúc tác nếu bị thẩm tích hoặc bị đun lên đến 50oC. Nhưng dịch

chiết đ. bị thẩm tích không hoạt động sẽ hoạt động khi được trộn với dịch

đ. bị đun nóng không hoạt động. Như vậy hoạt độ phụ thuộc vào sự có

mặt của hai loại chất: thành phần không bền với nhiệt (heat - labile);

không có thể thẩm tích được (được gọi là zymase) và một phân đoạn bền

với nhiệt (heat - stable), có thể thẩm tích được (được gọi là cozymase).

Ngày nay chúng ta biết rằng "zymase" bao gồm tất cả enzyme, c.n

"cozymase" bao gồm các ion kim loại, ATP, ADP và các coenzyme như

NAD+. Thời gian này người ta cũng đ. hiểu biết được tác dụng k.m h.m

và hoạt hóa của một số enzyme (Sorensen 1909). Vào đầu thế kỷ XX, đ.

phát sinh ra cơ sở động học trong tác động của enzyme dựa vào những

nghiên cứu của nhà bác học Anh là Brown và nhà bác học Pháp là Henri.

Đến năm 1913, Michaelis và Menten đ. phát triển các công tr.nh trên và

nêu lên thuyết động học của sự xúc tác enzyme.

Sau đại chiến thế giới lần thứ nhất nhà bác học nổi tiếng người Đức

là Willstatter đ. có rất nhiều cống hiến trong việc t.m hiểu bản chất hóa

học của enzyme. Đó là công tr.nh khoa học 5 năm của ông và các cộng sự

(1922) nhằm làm thuần khiết enzyme bằng phương pháp hấp thụ chọn lọc.

Qua đó từ nhận xét thấy là ở những giai đoạn cuối của quá tr.nh làm thuần

khiết enzyme, thường bị mất đi những chất chưa được biết nào đó do, đó

enzyme bị mất tính xúc tác, đ. cho phép Willstatter nêu lên lần đầu tiên

giả thuyết về enzyme hai cấu tử (enzyme hai thành phần). Nhóm hoạt

động (coenzyme, coferment, agon) chỉ có khả năng xúc tác khi kết hợp với

phần protein đặc hiệu (apoferment, apoenzyme, feron = protein) nó xác

định các đặc tính của enzyme và đóng vai tr. chủ đạo trong việc thể hiện

tác dụng xúc tác của enzyme. Willstatter đ. coi feron (protein) là chất trơ

chả có tác dụng g.. Agon là chất được hấp phụ trên chất này. Và vào năm

1926, trong một dịp thuyết tr.nh, ông đ. cho rằng enzyme không thuộc

một trong các hợp chất đ. biết, tức là enzyme không phải là protein,

không phải là glucid, mà chúng là những "chất đặc biệt". Đó chính là quan

niệm sai lầm của Willstatter. Ông là người đ. t.m ra được nhiều phương

pháp làm sạch enzyme cũng như làm sáng tỏ nhiều tính chất đặc hiệu

enzyme. Nhưng mục đích chính là làm sáng tỏ bản chất hóa học của

enzyme thi ông lại không đạt được.

Ngày nay người ta quan niệm nếu là enzyme hai thành phần th. phần

coenzyme quy định kiểu phản ứng và chịu trách nhiệm làm bền. C.n

apoenzyme quy định tính đặc hiệu của enzyme cũng như tăng hiệu suất

xúc tác.

Coenzyme + apoenzyme = (holo) enzyme = (enzyme hoàn chỉnh)

Coferment + apoferment = (holo) ferment

Coenzyme chỉ dùng để chỉ phần không phải protein của enzyme

trong trường hợp khi nó dễ tách khỏi phần apoenzyme khi cho thẩm tích

qua màng bán thấm và có thể tồn tại độc lập. Phần không phải protein của

enzyme được gọi là nhóm ngoại hay nhóm "prostetic" khi nó liên kết chặt

chẽ với phần protein của enzyme.

1.2.4. Giai đoạn 4

Bản chất hóa học của enzyme chỉ được xác định đúng đắn từ sau khi

kết tinh được enzyme. Năm 1926 nhà hóa sinh Mỹ trẻ tuổi Sumner (39

tuổi) đ. thành công trong việc chứng minh protein được kết tinh từ hạt đậu

tương là chất giống enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân urê. Đây

cũng chính là enzyme đầu tiên được kết tinh. Bốn năm sau (1930) ở Mỹ

Northrop đ. tách được pepsin ở dạng tinh thể, và vào năm 1931 Northrop

và Kunitz cũng đ. tách được trypsin ở dạng tinh thể.

Trong thời kỳ này J.B.S Hardane đ. viết quyển "Enzymes". Mặc dù

lúc đó bản chất phân tử của Enzyme hầu như vẫn c.n là bí mật, nhưng tác

giả đ. đưa ra dự đoán tuyệt vời về vai tr. của các tương tác và liên kết yếu

giữa enzyme và cơ chất trong cơ chế hoạt động của enzyme. Điều này vẫn

giữ nguyên tính thời sự trong thời đại của chúng ta.

Các công tr.nh của Sumner và Northrop đ. mở ra một chương mới

trong lịch sử phát triển của enzyme học hiện đại. Những kết quả đạt được

đ. cho phép xác định được một cách dứt khoát bản chất hóa học của

enzyme là protein. Phải nói rằng bản chất hóa học của phần lớn enzyme là

protein và định nghĩa có tính chất kinh điển về Enzyme phải xem lại từ

sau phát hiện của T. R. Cech năm 1981. Cech đ. phát hiện một RNA có

hoạt tính xúc tác như enzyme và gọi là ribozyme (xuất phát từ các tên

ribose và enzyme). Ribozyme xúc tác cho quá tr.nh chuyển hóa tiền chất.

RNA thông tin (pre - m RNA) thành m-RNA. Do đó enzyme không nhất

thiết phải là protein! Đây là một phát minh có . nghĩa rất lớn. Tác giả của

phát minh này được giải Nobel năm 1989. Cho đến nay khoảng 100

ribozyme đ. được biết. Có thể nói rằng, những công tr.nh đ. nói ở trên đ.

mở màn cho giai đoạn thứ tư của lịch sử phát triển enzyme học kéo dài

cho đến hiện nay.

Từ giữa thế kỷ thứ XX, nhất là thời gian gần đây enzyme học phát

triển rất mạnh. Nhờ ứng dụng các phương pháp mới, hiện đại như: điện di,

sắc k., quang phổ, đồng vị phóng xạ... đ. cho phép nghiên cứu cấu trúc

cũng như cơ chế tác dụng của nhiều enzyme, cơ chế của quá tr.nh sinh

tổng hợp enzyme và sự điều h.a hoạt động của enzyme trong tế bào.

Người ta đ. xác định được cấu tạo của coenzyme. Đ. xác định được

mối liên hệ của enzyme và các vitamin (nhiều vitamin là thành phần cấu

tạo của coenzyme và phần lớn các vitamin tan trong nước là thành phần

cấu tạo của các coenzyme).

Người ta cũng đ. xác định được các enzyme xúc tác cho các quá

tr.nh trao đổi chất như: hệ thống enzyme đường phân, Embden -

Meyerhof - Parnas năm 1933, hệ thống enzyme của chu tr.nh Kreps -

Szent Gyorgy năm 1937 (chu tr.nh citric acid), chu tr.nh ornithrin trong

trao đổi chất của protein năm 1932 (Krebs - Henseleit). Nhờ những

phương pháp mới trong việc tách và làm sạch enzyme, người ta đ. xác

định được vai tr. rất quan trọng của kim loại trong sự xúc tác của enzyme

và tác dụng hoạt hóa của chúng. Đ. xác định được sự phân bố của các

enzyme trong tế bào. Đ. nghiên cứu cơ chế tác dụng cũng như cấu tạo các

protein enzyme. Bằng phương pháp Rhengen, người ta đ. nghiên cứu cấu

trúc của của phân tử enzyme, như cấu trúc của ribonuclease (1960, Stein).

Trong v.ng hơn 40 năm trở lại đây đ. nghiên cứu các enzyme sinh

tổng hợp như nucleotide phosphorylase (Greenberg Marago, 1955), DNA

- polymesase ( Kornberg,1956), RNA - polymesase (Spieglman, Hurwist,

1958 - 1961) và các nghiên cứu về điều h.a sinh tổng hợp protein -

enzyme của Jacob, Monod (1961).

Từ năm 1961 đ. phát hiện ra isoenzyme trong cơ thể là enzyme xúc

tác có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, xúc tác trong cùng một cơ thể,

cho một phản ứng, có sai khác một số tính chất như độ di động điện di.

Năm 1969 người ta đ. tổng hợp được enzyme đầu tiên là ribonuclease

(Denkewalter và Hirschmann, Gutte và Merrifield). Đây là enzyme gồm 124

amino acid, bền với nhiệt, có thể đun nóng lên 800C với thời gian ngắn.

Có thể tổng hợp enzyme bằng hai phương pháp khác nhau:

- Tổng hợp từng peptid riêng biệt rồi sau đó nối lại với nhau.

- Dùng chất giá (polymer): cắm lên trên này một gốc amino acid, sau

đó cắm tiếp 123 gốc amino acid khác. Việc tổng hợp này đ. thành công

trong 3 tuần bao gồm 11931 giai đoạn, 369 phản ứng. Đ. nêu lên được

một phương pháp mới về tổng hợp enzyme. Ở đây người ta đ. dùng

phương pháp tự động hóa, khi được 124 gốc amino acid th. chuỗi

polypepid tự tách ra. Điều này cho thấy mỗi khi chuỗi polypeptid đ. được

lựa chọn theo một trật tự đúng đắn th. có thể tự uốn cong trong không

gian. Đấy chính là khả năng tự tổ chức

Những thành tựu nghiên cứu cơ bản về enzyme là cơ sở để phát triển

các nghiên cứu ứng dụng enzyme trong thực tế.

Trong mấy chục năm cuối của thế kỷ XX và đầu thé kỷ XXI, người

ta đ. chú . nghiên cứu việc ứng dụng enzyme. Người ta đ. tận dụng các

nguyên liệu giàu enzyme để tách enzyme, dùng chế phẩm enzyme này để

chế biến các nguyên liệu khác nhau hoặc sử dụng vào mục đích khác

nhau. Ở nhiều nước đ. h.nh thành ngành công nghệ enzyme, hàng năm đ.

sản xuất hàng trăm tấn chế phẩm enzyme để phục vụ cho các ngành sản

xuất khác nhau và cho y học.

1.3. Phương hướng nghiên cứu enzyme

Ngành enzyme học đ. trải qua một thời kỳ phát triển khá dài. Nhờ

những phương pháp vật l., hóa học, con người đ. đạt được những thành

tựu rực rỡ trong việc nghiên cứu bản chất của enzyme. Kể từ khi các nhà

khoa học đổ xô vào việc t.m kiếm bản chất của enzyme; từ suy nghĩ cho

rằng sự xúc tác là do "lực sống" (Berzelius, 1835) qua việc coi enzyme chỉ

hoạt động được khi c.n ở trong cơ thể sống (Pasteur, 1856) đến việc

khẳng định một cách dứt khoát bản chất hóa học của enzyme là protein

(Sumner, Northrop (1926, 1930) và đến gần đây với phát hiện RNA có

hoạt tính xúc tác của enzyme và được gọi là ribosyme (Cech, 1981) và

xem enzyme không nhất thiết phải là protein, chứng tỏ sự phát triển đầy

sôi động của ngành enzyme học. Có thể nói enzyme học là một môn học

có vị trí then chốt trong hóa sinh. Môn học này đang phát triển mạnh mẽ

và xâm nhập vào rất nhiều ngành khoa học, nó đang là đối tượng nghiên

cứu của các nhà hóa l., hóa sinh, l. sinh... và đặc biệt thu hút sự chú . của

các nhà sinh học và sinh y học v. những hiểu biết cơ bản về enzyme cũng

như về sự xúc tác sinh học có liên quan mật thiết vơi sinh học phân tử và y

học phân tử là những kiến thức cơ bản rất quan trọng của sinh học và sinh

y học.

Bởi vậy, hiện nay hướng nghiên cứu và phạm vi của nhũng vấn đề

enzyme học có thể được tóm tắt như sau:

1) Với mục đích xác định cấu trúc phân tử của chúng, người ta đang

cố gắng hoàn thiện những phương pháp tách và tinh chế enzyme. Nhờ vậy

có thể nhận được các chế phẩm enzyme có độ tinh khiết cao để có thể dùng

cho việc nghiên cứu những tính chất cơ bản và có thể sử dụng trong y học.

Các phương pháp có thể tiến hành là:

- Sắc k. ái lực: Để giữ lại chất cần thiết và cho sang quá tr.nh phản

hấp phụ.

- Sắc k. hấp phụ lựa chọn: Được tiến hành ở trên cellulose, sephadex.

2) Nghiên cứu điều kiện và tốc độ tác động của các enzyme cũng như

ảnh hưởng của các yếu tố vật l. và hóa học đối với hoạt động của enzyme.

3) Làm sáng tỏ bản chất của quá tr.nh xúc tác của enzyme và cơ chế

tác dụng của nó. Ở đây cần xem xét mối liên quan giữa cấu trúc và chức

năng của protein enzyme có khả năng xúc tác (ví dụ trong một số trường

hợp xem trung tâm hoạt động của enzyme ở chỗ nào để tổng hợp ở phần

đảm bảo chức năng của nó: papain ở trung tâm hoạt động của enzyme có

nhóm SH ở 1/3 phân tử, v. vậy chỉ cần tổng hợp 1/3 phân tử enzyme là đủ

cho mục đích của m.nh.

4) Nghiên cứu sinh học enzyme. Điều đó có nghĩa là phải t.m hiểu

sự tạo thành enzyme trong tế bào sống, tác dụng điều chỉnh hoạt động của

enzyme, vai tr. của chúng trong việc thực hiện các chức năng sinh l. khác

nhau ở cơ thể sống. Cần phải xem sự phân bố của enzyme trong tế bào,

qua đó thấy được mối liên hệ giữa chức năng và cấu tạo giữa các thành

phần tế bào. Ngoài ra cũng cần nghiên cứu mối quan hệ hợp tác giữa các

enzyme trong tế bào để xem quy luật tác dụng của enzyme. Đồng thời

cũng cần nghiên cứu sự tiến hóa của enzyme liên quan với sự phát sinh và

tiến hóa của sự sống.

5) Nghiên cứu tính đặc hiệu của các enzyme.

6) Nghiên cứu cải tiến phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm mới

của hóa l., sinh học vào nghiên cứu enzyme để thúc đẩy sự phát triển của

enzyme học.

7) Nghiên cứu enzyme ứng dụng trong thực tế nhằm mục đích hạ giá

thành, tăng độ bền của chế phẩm. Đó chính là mục đích cuối cùng của enzyme

học. Để thực hiện được mục đích này, cần phải có hướng giải quyết:

- Cải tạo nguồn nguyên liệu vi sinh vật là nguồn nguyên liệu tốt.

- Chọn phương pháp tách.

- Dùng lặp lại (enzyme không tan)

Từ năm 1950 đ. có nhiều công tr.nh nghiên cứu tạo các chế phẩm

enzyme không tan bằng cách gắn enzyme vào các chất không h.a tan như

thủy tinh, cellulose, nilon... Nhờ ở dạng không tan nên có thể sử dụng lặp

lại nhiều lần một lượng enzyme xác định, v. vậy nâng cao hiệu quả sử

dụng enzyme. (Ví dụ trong công nghiệp dệt chế phẩm amylase của các vi

khuẩn Bac. subtilis, Bac. mesentericus, Bac. diastaticus, Bac.

amylosolvens... có tính ưu việt là chịu nhiệt độ cao, dùng trong rũ hồ vải

(tẩy lớp hồ bột trên vải, tạo điều kiện tốt, dễ dàng khi nhuộm, tẩy vải sau

này, nhưng để tận dụng tiếp th. người ta liên kết với bột thủy tinh để tạo

thành các chế phẩm enzyme không tan).

Việc ứng dụng enzyme amylase (- amylase và glucoamylase) đ.

đem lại những thay đổi cơ bản trong kỹ thuật sản xuất đường tinh bột. So

với phương pháp acid, phương pháp thủy phân bằng enzyme có những ưu

điểm hơn hẳn, lượng glucose thu được cao hơn (5 - 10%), cho phép loại trừ

khả năng tạo thành các sản phẩm phụ có vị đắng, yêu cầu về thiết bị đơn giản,

kết quả cho phép thu được glucose với hiệu suất cao, chất lượng tốt và giá

thành rẻ hơn.

1.4. Những vấn đề cần đề cập khi nghiên cứu enzyme

Thông thường khi nghiên cứu enzyme người ta thường xác định độ

bền của chế phẩm enzyme. Muốn vậy, cần xem xét những điểm sau đây:

1) Tính chất phân tử protein enzyme

Trước hết phải xem đến tính chất lí học. Đó là h.nh dạng phân tử

điểm đẳng điện, độ bền của enzyme với pH, nhiệt độ.

Kế đến phải xem tính chất hóa học của phân tử enzyme. Đó chính là

cấu trúc phân tử enzyme.

2) Tính chất xúc tác của phân tử enzyme. Ở đây phải xem bản chất

của phản ứng, tính đặc hiệu của enzyme.

Phải chú . đến cấu tạo của trung tâm hoạt động cũng như mối liên

quan giữa cấu trúc và chức năng của nó.

Tính chất của enzyme: đó chính là các tính chất động học của enzyme.

3) Tính chất sinh học của enzyme

Đó chính là sự phân bố của enzyme trong tế bào, sự sinh tổng hợp

protein enzyme cũng như ảnh hưởng của sự thiếu hụt enzyme ở trong cơ

thể sống.

Ngoài ra ở đây cần chú . đến ,mối liên hệ giữa enzyme nghiên cứu

và các enzyme khác, các tính chất miễn dịch cũng như tạo thành hiện

tượng cảm ứng enzyme.

1.5. Vấn đề nghiên cứu enzyme ở nước ta

Hầu như mọi phản ứng hoá học trong cơ thể sống đều cần phải có

vai tr. xúc tác của enzyme - chất xúc tác sinh học. Chính v. vậy, các

nghiên cứu về enzyme đ. thu hút sự quan tâm của các cán bộ hoá sinh

học, sinh học thực nghiệm và nhiều nhà nghiên cứu ở các lĩnh vực liên

quan khác. Các nghiên cứu nhằm theo hướng tách, tinh sạch enzyme, tạo

các chế phẩm có độ sạch khác nhau, nghiên cứu cấu trúc, mối liên quan

giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học của enzyme, khả năng ứng dụng

enzyme trong thực tế. Nghiên cứu về công nghệ enzyme đ. được tiến hành

bởi nhiều tác giả như sử dụng phủ tạng của l. mổ để sản xuất pancrease,

pepsin, trypsin... sử dụng mầm mạ để sản xuất amylase. Đ. có những thử

nghiệm công nghệ như sản xuất amino acid từ nhộng tằm bằng protease,

bột protein thịt bằng bromelain từ đọt dứa, lên men rượu bằng enzyme cố

định trên cột. Cũng đ. có những nghiên cứu sử dụng peroxydase, cyt-P450

trong chế tạo biosensor và thuốc phát hiện chất độc... Trong lĩnh vực y

dược, việc nghiên cứu sâu về cơ chế tác dụng của một số enzyme nhằm

mục đích kiến tạo nên một số thuốc dùng điều trị một số bệnh đặc biệt là

tạo ra một số chế phẩm thuốc chống suy dinh dưỡng ở trẻ em, đồng thời

đ. tiến hành sản xuất đại trà. Đây là một đóng góp rất thiết thực và kịp

thời trong việc ph.ng chống suy dinh dưỡng ở nước ta.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

1. Nguyễn Hữu Chấn, 1983. Enzyme và xúc tác Sinh học. Nxb Y học, Hà Nội.

2. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng, 2000. Hóa sinh học. Nxb Giáo dục, Hà Nội.

3. Đỗ Ngọc Liên, Phạm Thị Trân Châu, 1972. Enzyme I, II. Đại học Tổng

hợp, Hà Nội.

4. Nguyễn Tiến Thắng, Nguyễn Đ.nh Huyên, 1998. Giáo tr.nh sinh hóa

hiện đại. Nxb Giáo dục, Hà Nội.

5. Nguyễn Xuân Thắng, Đào Kim Chi, Phạm Quang Tùng, Nguyễn Văn

Đồng, 2004. Hóa sinh học. Nxb Y học, Hà Nội.

6. Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Phạm Trân Châu, Nguyễn Lân Dũng, 1982.

Enzyme vi sinh vật. Nxb KH&KT, Hà Nội.

7. Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng

Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẫn, Lê Do.n Diên, 2000. Hóa sinh

Công nghiệp, Nxb KH&KT, Hà Nội.

Tài liệu tiếng nước ngoài

1. Bermeyer H. U, Bermeyer J. and Grasel M. (editors). 1983. Methods of

enzymatic analysis. Vol II. Verlag chemie Weinheim.

2. Lehringer A. L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H

Freeman, 2004.

3. Pelmont J., 1993. Enzymes. Presses universitaires de grenobe.

4. Stryer L., 1981. Biochemistry. W.H.Freeman and company. San

Francisco.

5. Biochemical information, 1973. Boehringer Mannheim GmbH.

Biochemica

1 8